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硬科技将至:6G、量子工夫、超等企图机……

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  21世纪以来,全球科技创新进入空前密集活跃的时期,新一轮科技革命和产业变革历史性交汇期,这即是千载难逢的历史机遇,也是可能差距拉大的严峻挑战。其中,信息技术持续推动社会向电子化、信息化、数据化和智能化全面转变。快速迭代的信息技术逐渐成为全球前沿技术和经济发展的驱动力。近年来以 5G、6G、量子技术、超级计算机等成为代表的前沿信息技术,成为各国科技研发的重点。

  4G时代,苹果、亚马逊和Facebook 等互联网公司快速崛起,引发全球数字化变革。4G技术的巨大红利促使各国政府提升对通信网络的关注度。面对新一轮科技革命浪潮,世界各国纷纷将5G提升至国家战略层面,从政策、资金和市场等多方面调动国家资源进行支持,期望在5G部署中获得先机。

  美国政府为加快5G技术应用落地,推动制定长期、全面的国家频谱战略,为全面部署5G网络做好准备。美国政府发布《美国无线通信领导力研发优先事项》《新兴技术及其对非联邦频谱需求的预期影响》两份5G技术报告,阐述美国在无线通信领域的研发重点并对新兴技术进行了展望。报告明确美国5G发展的三大优先领域,分别为追求频谱的灵活性和敏捷性以使用更多的频段及波形、提高频谱实时感知能力、通过安全的自主频谱决策提高频谱效率和效益。

  英国政府简化5G部署流程,并投资4000 万英镑用于5G测试平台和试验项目。英国政府将探讨调整现行法规的可能性,以简化安装5G新设备的规划流程,支持5G基础设施的开发和建设,为运营商在英国提供高质量移动通信铺平道路。此外,作为改善移动连接计划的一部分,英国政府还计划投资 2 亿英镑对5G技术在各领域的应用进行测试。

  日本完成5G频谱商用授权,希望通过5G商用带动依赖高速、低时延通信服务的自动驾驶、远程医疗等技术的应用。2019 年 4 月,日本政府电信监管部门正式向日本 NTTDocomo、KDDI、软银公司和乐天移动 4 家移动运营商分配5G频谱,希望运营商建造覆盖大城市及农村广泛地区的5G基础设施。这 4 家移动运营商计划在2020 年开始推出商用 5G服务,并在 5 年内累计投入约 152.9 亿美元建设5G网络。

  德国加快 5G 网络基础设施建设,将5G 商用置于优先地位。2019 年 7 月,德国电信宣布投资约 56 亿美元用于 5G 网络基础设施建设,并率先在德国推出 5G 商用网络。德国电信将首先在 4 座城市推出 5G 网络,并将在 2020 年底使5G 网络覆盖至德国的 20 座城市。此外,西班牙电信、沃达丰和德国联合网络旗下的1&1 Drillisch等公司也将在德国推出5G商用网络。

  尽管目前全球6G技术研究仍处于探索起步阶段,技术路线尚不明确,关键指标和应用场景还未有统一的定义,但据芬兰奥卢大学发布的全球首个6G白皮书(《KEY DRIVERS AND RESEARCH CHALLENGESFOR 6G UBIQUITOUS WIRELESS INTELLIGENCE》所描述,除了传输能力显著提升,无线网络将不再困于地面,而将实现地面、卫星和机载网络的无缝连接。据白皮书,6G网络会在2030年左右问世,其愿景就是泛在无线G网络会通过无线技术覆盖全球各个角落,为人类社会提供更智能的感知服务和应用。

  6G的性能将在5G基础上提升10-100倍,所以在具体的技术指标上,会产生以下新的变化:单用户最高传输速率达1Tbps;5G由小于6GHz扩展到毫米波频段,6G将迈进太赫兹(THz)时代,网络容量将大幅提升;网络时延达0.1ms(极端工业控制场景);定位精准度达厘米级;设备同步时延在1μs内;连接设备密度达每立方米数百个……

  在6G时代,边缘计算将会成为一种发展趋势,面对庞大的物联网节点数和海量的数据总量,只有通过提升边缘侧的数据计算处理能力才能满足万物互联的智能化时代的需求。而我们把把分布在网络边缘端,提供实时数处理、分析决策的小规模云数据中心称为边缘云,边缘云处于物联网终端和中心云之间,是边缘计算的神经中枢。在边缘计算的发展下,通过广泛分布的边缘云,用户终端的计算和智能可上移到边缘,从而可释放终端的计算压力,使之更加低功耗和更轻便,加速VR等应用繁荣。

  目前,已有许多国家已经对6G做出了一定的预判。如:中国科技部会同发展改革委、教育部、工业和信息化部、中科院、自然科学基金委召开6G技术研发工作启动会,并宣布成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组。日本NTT DoCoMo对6G发展应该已经有明确的计划,将6G看作5G的进化版,即进一步提高传输速率和信息容量、扩展网络覆盖面。德国伍珀塔尔大学则拿出了非常具体的太赫兹通信技术,研究人员基于锗化硅(SiGe)材料构建了完整的信号收发系统,能够实现1米距离的260GHz频段太赫兹通信。

  虽然各国提出的6G方案各有不同,都重点集中在宽频谱、高速率、超低时延、超远距离、超低功耗,和基于AI的应用方向上,可以预见,6G的未来发展趋势也将集中在这些方面。

  量子技术被认为是改变未来的关键科学技术,对此给予的关注度持续攀升。预计 2020年全球对量子技术的投资将达到 130 亿美元。美国、德国、英国和日本等国均加大对量子技术的政策倾斜和资金支持,旨在构筑竞争优势,抢占发展先机。

  2019 年 2 月,美国国家科学基金会发布“量子跃迁挑战研究所”项目指南,拟投资9400万美元推动量子信息科学与工程前沿研究,涵盖量子计算、量子通信、量子模拟和量子传感等方向。2019 年 5 月,德国政府宣布将拨款 6.5 亿欧元开展大型量子通信研究项目,以拓展德国及欧洲在量子通信技术领域独立自主的能力。6 月,英国政府宣布投资 1.5 亿英镑用于量子技术商业开发,资助产品和服务创新、行业主导的技术开发项目、供应链、投资加速器等 4个领域,以最大限度发挥英国在量子技术方面的潜力。7 月,日本内阁会议发布《2019 年科学技术创新综合战略》,分析了过去一年日本国内外形势的变化,指出日本未来在生物技术、量子技术、人工智能、环境能源及安全等关键领域的发展目标和发展建议。

  目前,量子技术屡获突破,量子计算机商用化初步展开。如:2019 年 2 月,加拿大多伦多大学研制出全光子量子中继器的关键元件,可用于远距离光量子信息传输。2019年 5 月,澳大利亚新南威尔士大学研究人员成功测量硅双量子比特操作的准确性,首次验证了硅双量子比特逻辑运算的保线 月,美国 IBM 公司表示将上线 比特量子计算机进行商用,并保证提供 95%的服务可用性。

  超级计算机因其极快速的数据处理速度和超高的数据存储容量,常被用于大容量信息和海量数据处理。超级计算机的运算能力将为人工智能、生物技术、新材料技术及核爆炸模拟等研究提供重要支撑。超级计算机已成为国家在信息数据领域的综合实力象征。目前,各科技大国在打造新一代至强超算的领域展开全方位竞争。

  美国和日本已将超级计算机应用于基因研究、核储备管理和地理信息处理等领域。如:美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和日本理化研究所的研究团队,利用“三一”超级计算机将10 亿个原子进行 DNA 基因建模,从原子水平完整解释 DNA 如何扩展和收缩,以研究基因开关的详细过程。美国国家地理空间情报局与美国伊利诺伊大学、明尼苏达大学和俄亥俄州立大学合作,共同开展全球3D 地图项目“EarthDEM”。研究人员利用“蓝水”超级计算机,对卫星图片进行分析后建立地形数据,最终合成全球 3D 地图。

  在超级计算机分布上,目前美国包揽最强超级计算机前两名,且超算算力位居世界第一。2019年 6 月,第 53 届全球超算 TOP500 名单在德国法兰克福举办的国际超算大会上发布,美国能源部旗下橡树岭国家实验室及劳伦斯利弗莫尔国家实验室的“顶点”和“山脊”获得一、二名,中国超算“神威·太湖之光”和“天河二号”分列三、四名。中国大陆有 219 台超算上榜,占比 43.8%;美国以 116 台位列第二,占比 23.2%。在总计算力上,美国占据全部超算算力的38.4%,中国占据29.9%。在超算制造厂商排名上,中国联想、浪潮和曙光以173台、71 台和 63 台夺得前三名,美国惠普及克雷公司以 40 台、39 台分列四、五名。

  美国、日本和欧盟已经开展对下一代超级计算机的研发,百亿亿次级运算能力的超级计算机预计在不久的将来面世。

  随着通信行业的发展,加之移动互联网、物联网、云计算、量子计算和人工智能等技术的持续进步,硬科技正在改变未来。

本站文章于2019-11-19 06:31,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:硬科技将至:6G、量子工夫、超等企图机……
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